Californio
Antecedentes
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| Californio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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98 Cf | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Apariencia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
plateado  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades generales | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | californio, Cf, 98 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pronunciación | / ˌ k æ l ɨ F ɔr n yo ə m / DSI -i- PARA -nee-əm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Categoría metálico | actínidos | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | n / a, 7, F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico estándar | (251) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [ Rn ] 5f 10 7s 2 2, 8, 18, 32, 28, 8, 2  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Historia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Descubrimiento | Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (1950) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densidad (cerca rt) | 15,1 g · cm -3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusion | 1173 K , 900 ° C, 1652 ° F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullicion | 1743 K, 1470 ° C, 2678 (estimación) ° F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación | 2, 3, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | 1,3 (escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Energías de ionización | Primero: 608 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Miscelánea | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | sencilla hexagonal  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dureza de Mohs | 4.3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Número de registro del CAS | 7440-71-3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| La mayoría de los isótopos estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Los isótopos del californio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Californium es una radiactivo metálico elemento químico con el símbolo Cf y número atómico 98. El elemento se hizo en la primera Universidad de California en Berkeley en 1950 bombardeando curio con partículas alfa ( helio-4 iones ). Es un actínidos elemento, el sexto Elementos transuránicos sea sintetizado, y tiene la segunda mayor masa atómica de todos los elementos que han sido producidos en cantidades lo suficientemente grandes como para ver con la a simple vista (después einsteinium ). El elemento fue nombrado después de California y la Universidad de California. Es el elemento más pesado que se produzca de forma natural en la Tierra; elementos más pesados sólo pueden ser producidos por síntesis.
Dos Existen formas cristalinas de californio bajo presión normal: uno por encima de 900 ° C y una por debajo de 900 ° C. Existe una tercera forma a alta presión. Californium empaña lentamente en el aire a temperatura ambiente. Los compuestos de californio están dominados por una forma química del elemento, californio designado (III), que puede participar en tres enlaces químicos . El más estable de veinte conocidos de californium isótopos es californio-251, que tiene una vida media de 898 años. Esta vida media corta significa que el elemento no se encuentra en cantidades significativas en la corteza terrestre. Californio-252, con una vida media de alrededor de 2,64 años, es el isótopo más común usado y se produce en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en los Estados Unidos y la Instituto de Investigación de Reactores Atómicos en Rusia.
Californium es uno de los pocos elementos transuránicos que tienen aplicaciones prácticas. La mayoría de estas aplicaciones explotar la propiedad de determinadas isótopos de californio para emitir neutrones . Por ejemplo, el californio se puede utilizar para ayudar a iniciar hasta reactores nucleares, y se emplea como fuente de neutrones en el estudio de materiales con difracción de neutrones y espectroscopia de neutrones. Californium también se puede utilizar en la síntesis nuclear de elementos de masa superior; ununoctium (elemento 118) se sintetizó mediante el bombardeo de californio 249 átomos con calcio-48 iones. El uso de californio debe tener en cuenta las preocupaciones radiológicas y la capacidad del elemento de perturbar la formación de las células rojas de la sangre por bioacumulativas en el tejido esquelético.
Características
Propiedades físicas
Californium es un blanco plateado actínidos de metal con un punto de fusión de 900 ± 30 ° C y se estima que el punto de ebullición de 1745 ° C. El metal puro es maleable y se corta fácilmente con una cuchilla de afeitar. Californium de metal comienza a vaporizarse por encima de 300 ° C cuando se expone a un vacío. Por debajo de 51 K (-220 ° C) californio metal es bien ferromagnético o ferrimagnético (que actúa como un imán), entre 48 y 66 K es antiferromagnético (un estado intermedio), y por encima de 160 K (-110 ° C) es paramagnéticas (campos magnéticos externos pueden hacer que sea magnético). Forma aleaciones con lantánidos metales, pero poco se sabe acerca de ellos.
El elemento tiene dos formas cristalinas menores de 1 ambiente estándar de la presión: Un doble forma hexagonal compacta llamadas alfa (α) y un centrada en las caras forma cúbica beta designado (β). Existe la forma α debajo de 900 ° C con una densidad de 15,10 g / cm 3 y la forma β existe por encima de 900 ° C con una densidad de 8,74 g / cm 3. A los 48 años GPa de la presión de la forma β cambia en una sistema cristalino ortorrómbico debido a la deslocalización de la década de los átomos Electrones 5f, que los libera para unir.
La módulo de volumen de un material es una medida de su resistencia a la presión uniforme. Módulo de volumen de californio es 50 ± 5 GPa, que es similar a los metales lantánidos trivalentes, pero más pequeño que los metales más familiares, como el aluminio (70 GPa).
Propiedades químicas y combinaciones
| estado | compuesto | fórmula | color |
|---|---|---|---|
| 2 | californio (II) bromuro de | CfBr 2 | amarillo |
| 2 | californio (II) de yoduro de | TPI 2 | violeta oscuro |
| 3 | californio (III) óxido | Cf 2 O 3 | amarillo verde |
| 3 | californio (III) de fluoruro | CFF 3 | verde brillante |
| 3 | californio cloruro (III) | CFCl3 | verde esmeralda |
| 3 | californio (III) de yoduro de | TPI 3 | amarillo limón |
| 4 | californio (IV) óxido | CFO 2 | marrón negro |
| 4 | californio (IV) de fluoruro | CFF 4 | verde |
Californium exhibe valencias de 4, 3, o 2; indicando el número de enlaces químicos de un átomo de este elemento puede formar. Sus propiedades químicas se prevé que sea similar a otros principalmente 3+ elementos actínidos de valencia y el elemento de disprosio , que es el lantánido por encima de californio en la tabla periódica. El elemento empaña lentamente en el aire a temperatura ambiente, con la tasa de aumento cuando se añade humedad. Californium reacciona cuando se calienta con hidrógeno , nitrógeno , o una calcógeno (elemento de la familia de oxígeno); reacciones con hidrógeno seco y acuoso ácidos minerales son rápidos.
Californio es sólo soluble en agua como el californio (III) de cationes . Intenta reducir u oxidar el ion 3 en solución han fracasado. El elemento forma una soluble en agua- cloruro, nitrato , perclorato y sulfato y se precipita como una fluoruro, oxalato, o hidróxido .
Isótopos
Veinte radioisótopos de californio se han caracterizado, siendo el más estable californio-251 con una vida media de 898 años, californio-249 con una vida media de 351 años, californio-250 con una vida media de 13,08 años, y californium- 252, con una vida media de 2,645 años. Todos los isótopos restantes tienen una vida media inferior a un año, y la mayoría de ellos tienen una vida media más corta de 20 minutos. Los isótopos del californio varían en número de masa 237 a 256.
Californio-249 se forma a partir de la desintegración beta de berkelio-249, y la mayoría de los otros isótopos californium se realizan sometiendo berkelium a la radiación de neutrones intenso en un reactor nuclear. Aunque californio-251 tiene la vida media más larga, su rendimiento de la producción es sólo el 10% debido a su tendencia a acumular neutrones (alta captura de neutrones) y su tendencia a interactuar con otras partículas (alto sección transversal de neutrones).
Californio-252 es un muy fuerte de neutrones emisor, lo que hace que sea extremadamente radiactivo y dañino. Californio-252 sufre desintegración alfa (la pérdida de dos protones y dos neutrones) 96,9% del tiempo para formar el curio -248 mientras que el 3,1% restante de desintegraciones son fisión espontánea. Uno microgramos (mg) de californio-252 emite 2,3 millones de neutrones por segundo, un promedio de 3,7 neutrones por fisión espontánea. La mayoría de los otros isótopos de californio decaimiento de los isótopos del curio ( número atómico 96) a través de la desintegración alfa.
Historia
Californio era primero sintetizado en el Universidad de California, Berkeley por los investigadores de física Stanley G. Thompson, Kenneth Street, Jr., Albert Ghiorso, y Glenn T. Seaborg en o alrededor del 9 de febrero de 1950. Fue el sexto Elementos transuránicos por descubrir; el equipo anunció su descubrimiento el 17 de marzo 1950.
Para producir californio, un objetivo microgramos tamaño de curio-242 (242
96 Cm) fue bombardeado con 35 MeV- partículas alfa (4
2 He) en el de 60 pulgadas de diámetro (1.500 mm) ciclotrón Berkeley, California, que produjo el californio-245 (245
98 Cf) más un neutrón libre (n).
- 242
96 Cm + 4
2 Él → 245
98 Cf + 1
0 n
Sólo alrededor de 5000 átomos de californio fueron producidas en este experimento, y estos átomos tenía una vida media de 44 minutos.
Los descubridores llamaron el nuevo elemento después de California y el Universidad de California. Este fue un descanso de la convención usada para los elementos 95 a 97, que se inspiraron en cómo se llamaban los elementos directamente por encima de ellos en la tabla periódica. Sin embargo, el elemento directamente sobre el elemento 98 de la tabla periódica, disprosio , tiene un nombre que significa simplemente "difíciles de conseguir en" por lo que los investigadores decidieron dejar de lado el convenio de denominación informal. Agregaron que "lo mejor que podemos hacer es señalar [que] ... buscadores hace un siglo tuvieron dificultades para llegar a California."
Cantidades ponderables del californio se produjeron por primera vez por la irradiación de blancos de plutonio en el Ensayo de Materiales del reactor en el Laboratorio Nacional de Idaho; y estos hallazgos fueron reportados en 1954. La alta tasa de fisión espontánea de californio-252 se observó en estas muestras. El primer experimento con californio en forma concentrada se produjo en 1958. El isótopos californio-249 de californio-252 se aislaron ese mismo año a partir de una muestra de plutonio-239 que había sido irradiado con neutrones en un reactor nuclear durante cinco años. Dos años más tarde, en 1960, Burris Cunningham y James Wallman de la radiación Laboratorio de la Universidad de California Lawrence creó la primera californio compuestos californio tricloruro, oxicloruro de californio, y californio-óxido por tratamiento de californio con vapor de agua y ácido clorhídrico.
La Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en Oak Ridge, Tennessee, comenzó a producir pequeños lotes de californio en la década de 1960. Para 1995, la HFIR produjo nominalmente 500 miligramos de californio anualmente. El plutonio suministrada por el Reino Unido a los Estados Unidos bajo la Acuerdo de defensa mutua entre los Estados Unidos y el Reino Unido de 1958 se utilizó para la producción de californio.
La Comisión de Energía Atómica vendió californio-252 a los clientes industriales y académicos en la década de 1970 por $ 10 por microgramo y un promedio de 150 mg de californio-252 fueron enviados cada año a partir de 1970 a 1990. El californio metálica fue preparado por primera vez en 1974 por Haire y Baybarz quien redujo californio (III) óxido de lantano con metal para obtener cantidades de microgramos de películas gruesas sub-micrométricas.
Aparición
Existen cantidades muy pequeñas de californio en la Tierra debido a la reacciones de captura de neutrones y desintegración beta en muy altamente concentrados de uranio depósitos que alojan. Las huellas de californio se pueden encontrar cerca de las instalaciones que utilizan el elemento en la prospección de minerales y en los tratamientos médicos. El elemento es bastante insoluble en agua, pero que se adhiere bien al suelo ordinario; y las concentraciones de la misma en el suelo pueden ser 500 veces mayor que en el agua que rodea a las partículas del suelo.
Las repercusiones de la atmósfera los ensayos nucleares antes de 1980 contribuyó con una pequeña cantidad de californio para el medio ambiente. Californio con isótopos números de masa 249, 252, 253, y 254 se han observado en el polvo radiactivo recogido desde el aire después de una explosión nuclear. Californium no es un radionúclido importante en Departamento de emplazamientos legados Energy Unidos ya que no se produce en grandes cantidades.
Californium una vez se creía que ser producidos en supernovas , como su decadencia coincide con la vida media de 60 días de 254 Cf. Sin embargo, estudios posteriores no pudieron demostrar ningún espectros californio, y curvas de luz de la supernova ahora se piensan seguir la decadencia de níquel-56.
Producción
Californio se produce en reactores nucleares y aceleradores de partículas. Californio-250 se hace mediante el bombardeo de berkelio-249 (249
97 Bk) con neutrones, formando berkelium-250 (250
97 Bk) a través captura de neutrones (n, γ) que, a su vez, de forma rápida desintegraciones beta (β -) a californio-250 (250
98 Cf) en la siguiente reacción:
- 249
97 Bk (n, γ) 250
97 Bk → 250
98 Cf + β -
El bombardeo de californio-250 con neutrones produce californio-251 y californio-252.
Irradiación prolongada de americio , curio y plutonio con neutrones produce cantidades de miligramos de californio-252 y cantidades de microgramos de californio-249. A partir de 2006, el curio isótopos 244-248 son irradiados con neutrones en reactores especiales para producir principalmente californio-252 con menores cantidades de isótopos 249-255.
Microgramos cantidades de californio-252 están disponibles para uso comercial a través de los EE.UU. Comisión Reguladora Nuclear. Sólo dos sitios producen californio-252 - el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en los Estados Unidos, y la Instituto de Investigación de Reactores Atómicos en Dimitrovgrad, Rusia. A partir de 2003, los dos sitios producen 0,25 gramos y 0.025 gramos de californio-252 por año, respectivamente.
Tres isótopos californium con vidas medias significativas se producen, lo que requiere un total de 15 capturas de neutrones por uranio-238 sin la fisión nuclear o desintegración alfa se producen durante el proceso. Californio-253 está en el extremo de una cadena de producción que comienza con uranio-238, incluye varios isótopos de plutonio, americio, curio, berkelio, y el californio isótopos 249-253 (ver diagrama).
Aplicaciones
Californio-252 tiene un número de aplicaciones especializadas como un fuerte emisor de neutrones, y cada microgramo de californio fresco produce 139 millones de neutrones por minuto. Esta propiedad hace que el californio útil como fuente de neutrones de inicio para algunos reactores nucleares y como una fuente de neutrones portátil (no basado en reactor) para análisis de activación de neutrones para detectar trazas de elementos en muestras. Los neutrones de californio se emplean como tratamiento de ciertos cervical y los cánceres de cerebro donde otros la terapia de radiación es ineficaz. Se ha utilizado en aplicaciones educativas desde 1969 cuando el Instituto de Tecnología de Georgia recibió un préstamo de 119 g de californio-252 de la planta del río Savannah. También se utiliza con elemental en línea analizadores de carbón y analizadores de materiales a granel en las industrias del carbón y cemento.
Penetración de neutrones en los materiales hace californio útil en instrumentos de detección, tales como escáneres de barras de combustible; La radiografía de neutrones de aeronaves y componentes de armas para detectar la corrosión , malas soldaduras, grietas y humedad atrapada; y en los detectores de metal portátiles. Medidores de humedad de neutrones utilizan californio-252 para encontrar las capas de agua y petróleo en los pozos de petróleo, como un portátil fuente de neutrones para el oro y la plata de prospección para el análisis sobre el terreno, y para detectar el movimiento del agua subterránea. Los principales usos de californio-252 en 1982 fueron, por orden de uso, reactor de puesta en marcha (48,3%), escaneo de barras de combustible (25,3%), y el análisis de activación (19,4%). En 1994 más de californio-252 fue utilizado en la radiografía de neutrones (77,4%), con el escaneo de barras de combustible (12,1%) y el reactor de puesta en marcha (6,9%) como usos secundarios importantes pero distantes.
Californio-251 tiene una muy pequeña masa crítica (aproximadamente 5 kg), de alta letalidad, y un período relativamente corto de la irradiación del medio ambiente tóxico. La masa crítica mínima de californio llevó a algunas afirmaciones exageradas sobre los posibles usos para el elemento.
En octubre de 2006, los investigadores anunciaron que tres átomos de ununoctium (elemento 118) habían sido identificados en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna, Rusia , como el producto de un bombardeo de californio-249 con calcio -48, por lo que es el elemento más pesado jamás sintetiza. El objetivo de este experimento contenía aproximadamente 10 mg de californio-249 depositados en una lámina de titanio de 32 cm2 de área. Californium también se ha utilizado para producir otros elementos transuránicos; por ejemplo, el elemento 103 (más tarde llamado lawrencium ) fue sintetizado por primera vez en 1961 bombardeando californio con boro núcleos.
Precauciones
Californio que bioacumula en esquelética radiación comunicados de tejido que altera la capacidad del cuerpo para formar glóbulos rojos. El elemento no juega ningún papel biológico natural en cualquier organismo debido a su intensa radiactividad y baja concentración en el medio ambiente.
Californio puede entrar al cuerpo por la ingestión de alimentos o bebidas contaminados o al respirar aire con partículas en suspensión del elemento. Una vez en el cuerpo, sólo el 0,05% de la californio alcanzará el torrente sanguíneo. Alrededor del 65% de que el californio será depositado en el esqueleto, 25% en el hígado, y el resto en otros órganos, o se excreta principalmente en la orina. La mitad del californio depositado en el esqueleto y el hígado se han ido de 50 y 20 años, respectivamente. Californium en el esqueleto se adhiere a las superficies óseas antes de migrar lentamente a lo largo del hueso.
El elemento es más peligroso si se toma en el cuerpo. Además, californio-249 y californio-251 pueden causar daños en los tejidos externamente, a través de emisión de rayos gamma. La radiación ionizante emitida por el californio en el hueso y en el hígado puede causar cáncer.
